Badania nad automatyczną metodą wykrywania ukrytych usterek w obwodzie ochrony przekaźnikowej urządzeń wtórnych w stacjach elektroenergetycznych

I. Wstęp

Nieprawidłowe działanie obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej w podstacji ma znaczący wpływ na cały system energetyczny. Z jednej strony, obwód wtórny ochrony przekaźnikowej jest kluczowym elementem systemu energetycznego, a jego główne zadanie polega na zapewnieniu stabilnego działania systemu energetycznego. Gdy stan działania obwodu wtórnego jest nieprawidłowy, może to prowadzić do obniżenia stabilności systemu energetycznego i zwiększenia prawdopodobieństwa awarii.

Ponadto, nieprawidłowy obwód wtórny ochrony przekaźnikowej może spowodować błędną pracę lub brak działania urządzenia ochronnego, co zagraża bezpieczeństwu systemu energetycznego. Na przykład, gdy wystąpi awaria krótkiego spięcia na linii, a nieprawidłowy obwód wtórny ochrony przekaźnikowej uniemożliwi urządzeniu ochronnemu szybkie odcięcie uszkodzonej linii, może to prowadzić do bardziej poważnych konsekwencji, takich jak uszkodzenie sprzętu i pożar. Dlatego skuteczne wykrywanie ukrytych usterek w obwodzie jest extremalnie potrzebne.

Xia Tongzhao et al. zaproponowali metodę wykrywania ukrytych usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej podstacji opartą na informacjach wieloparametrycznych. Poprzez zbieranie informacji o wielu parametrach, przeprowadzana jest kompleksowa analiza stanu działania obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej, co pozwala na dokładniejsze wykrywanie ukrytych usterek, poprawiając precyzję i niezawodność wykrywania usterek oraz pomagając w czasowej identyfikacji i eliminacji potencjalnych zagrożeń bezpieczeństwa. Jednak ta metoda do pewnego stopnia zwiększa złożoność i ilość obliczeń związanych z przetwarzaniem danych.

Yang Yuhan zaproponował metodę wykrywania usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej podstacji opartą na technologii PLC. Wykorzystując elastyczne programowanie, wysoką niezawodność i silną skalowalność technologii PLC, poprawia się poziom automatyzacji i inteligentności wykrywania usterek, co pozwala na monitorowanie w czasie rzeczywistym stanu działania obwodu wtórnego, co ma dobry efekt stosowania w celu poprawy bezpieczeństwa i stabilności systemu energetycznego. Jednak w faktycznym etapie zastosowania, technologia PLC wymaga odpowiedniego wsparcia sprzętowego i programowego, co zwiększa koszty i złożoność systemu energetycznego.

Na podstawie powyższego, niniejszy artykuł proponuje badanie automatycznej metody wykrywania ukrytych usterek w obwodzie ochrony przekaźnikowej wtornika w podstacji, analizując i weryfikując wydajność zaprojektowanej metody wykrywania w środowisku testów porównawczych.

II. Projekt automatycznej metody wykrywania ukrytych usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej
2.1 Analiza domeny stowarzyszenia usterek obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej

W procesie rozwiązywania problemów ze stanami obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej, ze względu na wzajemne relacje między różnymi komponentami [3]. Dlatego, gdy występują ukryte usterki, odpowiadające im makroskopowe objawy nie ograniczają się do konkretnej lokalizacji usterki. W tym kontekście, niniejszy artykuł najpierw analizuje domenę stowarzyszenia usterek obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej [4]. Poprzez utworzenie odpowiedniej funkcji, oryginalny problem wykrywania usterek jest przekształcany w problem obliczeniowy optymalnej funkcji dopasowania funkcji celu. W ten sposób, na podstawie rzeczywistych informacji o działaniu obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej, można ocenić stan obwodu wtórnego.

Dla konkretnej domeny stowarzyszenia usterek obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej, niniejszy artykuł przyjmuje podobieństwo rzeczywistych informacji o działaniu obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej do wartości oczekiwanej jako miarę. Przy obliczaniu całkowitego prądu w obwodzie może być konieczne dodanie prądów wszystkich gałęzi w obwodzie, a wtedy górne i dolne granice sumowania odpowiadają liczbie prądów gałęzi. Zgodnie z powyższą metodą, realizowana jest analiza domeny stowarzyszenia usterek obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej, dostarczając podstawy implementacyjnej dla późniejszego wykrywania ukrytych usterek.

2.2 Wykrywanie ukrytych usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej

Tab.1 Tabela porównawcza wyników wyjściowych wartości charakterystycznych prądów kryteriów awaryjnych obwodu o różnych stopniach

I. Analiza wyników testów

Jak widać z wyników testów przedstawionych w tabeli 1, spośród trzech różnych metod wykrywania, metoda wykrywania ukrytych usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej podstacji oparta na informacjach wieloparametrycznych zaproponowana w Literaturze [1] działa lepiej w przypadku wykrywania stanów awaryjnych wyższych stopni. Gdy całkowity stopień błędów pomiarowych obwodu pomiarowego jest mniejszy niż 10,0%, wynik wyjściowy wartości charakterystycznej kryterium awaryjnego obwodu jest znacznie niższy, co ma pewne wady dla rzeczywistego określenia awarii.

Dla metody wykrywania usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej podstacji opartej na technologii PLC zaproponowanej w Literaturze [2], wyniki wyjściowe wartości charakterystycznych kryterium awaryjnego całego obwodu są względnie stabilne, ale istnieje miejsce na poprawę wartości ogólnych.

W porównaniu, w ramach metody wykrywania zaprojektowanej w tym artykule, wyniki wyjściowe wartości charakterystycznych kryterium awaryjnego obwodu są zawsze powyżej 0,12 A, a wartość maksymalna przekracza 0,22 A, co skutecznie odzwierciedla ukryty stan usterki obwodu ochrony przekaźnikowej wtornika. W porównaniu z grupą kontrolną, pokazuje wyraźne zalety pod względem stabilności i adaptacyjności.

Przy analizie wydajności zaprojektowanej metody wykrywania, zbudowany został model obwodu ochrony przekaźnikowej wtornika w podstacji w PSCAD/EMTDC. W trakcie konkretnego etapu konfiguracji, pełną uwagę poświęcono rzeczywistemu typowi ochrony, modelowi komponentów elektrycznych i konfiguracji parametrów pracy.

II. Testy zastosowania
2.1 Przygotowanie do testów

Na podstawie typowej linii przesyłowej skonfigurowano ochronę odległościową, która została użyta jako obwód ochrony przekaźnikowej wtornika. W kwestii konkretnej konfiguracji parametrów pracy, zakres impedancji został ustawiony na 80% - 120% impedancji linii; czas opóźnienia wynosił 0,1 s, a czas działania 0,02 s; charakterystyka działania była kwadratowa, aby zapewnić niezawodne działanie, gdy awaria wystąpiła w obrębie zasięgu ochrony, i niezawodne brak działania, gdy awaria wystąpiła poza zasięgiem ochrony; gdy napięcie było niższe niż 80% napięcia znamionowego, ochrona była blokowana, aby zapobiec błędnemu działaniu przy zbyt niskim napięciu. Stosunek transformacji CT wynosił 1000:1, a prąd znamionowy został ustawiony na 1,0 A. Stosunek transformacji PT wynosił 10000:1, a napięcie znamionowe zostało ustawione na 100 kV. W kwestii konfiguracji filtrów, użyto filtra dolnoprzepustowego, a częstotliwość graniczna została ustawiona na 500 Hz, aby zmniejszyć wpływ hałasu wysokiej częstotliwości na ochronę.

2.2 Schemat testów

Na podstawie powyższego środowiska testowego, metoda wykrywania ukrytych usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej podstacji oparta na informacjach wieloparametrycznych zaproponowana w Literaturze [1] i metoda wykrywania usterek w obwodzie wtórnym ochrony przekaźnikowej podstacji oparta na technologii PLC zaproponowana w Literaturze [2] zostały użyte jako grupy kontrolne do testów. Wyniki wykrywania trzech różnych metod były testowane w tych samych warunkach pracy.

Dla konkretnych warunków testowych, obwód pomiarowy prądu gałęzi, w której znajduje się CT, został ustawiony jako lokalizacja usterki, a całkowite stopnie błędów obwodu pomiarowego gałęzi, w której znajduje się CT, wynosiły -15%, -10%, -5%, +5%, +10% i +15% odpowiednio. Na tej podstawie, zliczono rozkład wartości charakterystycznych kryterium awaryjnego dla gałęzi obwodu pomiarowego prądu awaryjnego generowanych przez różne metody wykrywania.

2.3 Wyniki i analiza testów

Zliczono wyniki wyjściowe wartości prądów charakterystycznych kryterium awaryjnego obwodu dla różnych stopni pod różnymi metodami wykrywania, a konkretne dane wynikowe są przedstawione w tabeli 1.

III. Podsumowanie

Nieprawidłowość obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej jest jednym z najbardziej bezpośrednich czynników prowadzących do wzrostu strat energii w systemie energetycznym. Gdy transformator prądowy lub napięciowy w obwodzie wtórnym ulegnie awarii, spowoduje to błędy pomiarowe, co wpłynie na dokładność rozliczeń rachunków za energię.

Niniejszy artykuł proponuje badanie automatycznej metody wykrywania ukrytych usterek w obwodzie ochrony przekaźnikowej wtornika w podstacji, która skutecznie realizuje dokładne wykrywanie obwodów wtórnych o różnych stopniach i ma dobrą praktyczną wartość zastosowania. Dzięki badaniom i projektowaniu metody wykrywania usterek obwodu ochrony przekaźnikowej wtornika w tym artykule, oczekuje się, że dostarczy cennej referencji dla rzeczywistej zarządzania bezpieczeństwem podstacji.

Połączone z funkcją dopasowania domeny stowarzyszenia usterek obwodu wtórnego ochrony przekaźnikowej zbudowanej w punkcie 2.1, w konkretnym procesie wykrywania usterek, niniejszy artykuł rozwiązuje optymalną wartość funkcji dopasowania jako końcowy wynik identyfikacji. Zgodnie z powyższą metodą, realizowane jest wykrywanie i analiza ukrytych usterek w obwodzie ochrony przekaźnikowej wtornika.